基于8098單片機的SPWM變頻調速系統研究

摘要：數字控制的交流調速系統所選用的微處理器、功率器件及產生PWM波的方法是影響交流調速系統性能好壞的直接因素。在介紹了正弦脈寬調制(SPWM)技術的基礎上，設計了一種以8098單片機作為控制器，以智能功率模塊IPM為開關器件的變頻調速系統。通過軟件編程，產生正弦脈沖寬度調制波形來控制絕緣柵雙極晶體管的導通和關斷，從而達到控制異步電動機轉速的目的。實驗結果表明，該系統可調頻率調電壓，穩定度高，調速范圍寬，具有較強的實用價值。
關鍵詞：變頻調速系統；8098單片機；正弦脈寬調制；IPM

目前，高性能的交流調速系統的研究和開發引起各國學者的高度重視，并得到越來越深入的研究。而所選用微處理器、功率器件及產生PWM波的方法是影響交流調整系統性能好壞的直接因素。筆者研究了一種以8098單片機為控制器、以智能功率模塊IPM為開關器件的變頻調速系統，此控制系統硬件電路的標準化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響：其控制軟件能夠進行邏輯判斷和復雜運算，可以實現不同于一般線性調節的最優化、自適應、非線性、智能化等控制規律，而且更改起來靈活方便。

1 正弦波脈寬調制(SPWM)技術
1．1 SPWM控制技術原理
由于PWM變換器具有功率因數高、可同時實現變頻變壓及抵制諧波的特點，因此在交流傳動及其他能量變換系統中得到廣泛應用。最常用的PWM技術為正弦波脈寬調制技術，即SPWM控制技術。
SPWM控制技術原理如圖1所示。以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的三角波作為載波，并用頻率和期望相同的正弦波作為調制波，當調制波與載波相交時，由它們的交點確定逆變器開關器件的通斷時刻，從而獲得在正弦調制波的半個周期內呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。按照波形面積相等的原則，每一個矩形波的面積與相應位置的正弦波面積相等，因而這個序列的矩形波與期望的正弦波等效。

采用SPWM控制技術的顯著優點是：由于電動機的繞組具有電感性，因此，盡管電壓是由一系列的脈沖構成的，但通入電動機的電流卻十分逼近正弦波。
1．2 SPWM波的實現方法
SPWM波可通過模擬電路、數字電路或專用集成芯片等硬件電路實現，也可用微型計算機通過軟件生成。如何計算SPWM的開關點，是SPWM信號生成的一個難點，也是當前人們研究的一個熱門課題。生成SPWM波的方法有多種，但其目標只有一個，盡量減少逆變器的輸出諧波分量和計算機的工作量，使計算機能更好地完成實時控制任務。在模擬電子電路中，SPWM波的實現方法采用正弦波發生器、三角波發生器和比較器來實現；改成數字控制后，開始時只是把同樣的方法數字化，稱作“自然采樣法”。自然采樣法的運算比較復雜，在工程上更實用的是簡化后的“規則采樣法”。文中采用8098單片機通過“等面積法”實現SPWM波的生成。